如何提高晶體管的開關速度
？——可以從器件設計和使用技術兩個方麵來加以考慮。

 

（1）晶體管的開關時間
 

晶體管的開關波形如圖1所示。其中開啟過程又分為延遲和上升兩個過程，關斷過程又分為存儲和下降兩個過程，則晶體管總的開關時間共有4個：延遲時間td

，上升時間tr，存儲時間ts和下降時間tf。

 

ton=td+tr

 

toff=ts+tf

 

在不考慮晶體管的管殼電容
、布線電容等所引起的附加電容的影響時，晶體管的開關時間就主要決定於其本身的結構
、材料和使用條件。

 

 

① 延遲時間td

 

延遲時間主要是對發射結和集電結勢壘電容充電的時間常數。因此，減短延遲時間的主要措施，從器件設計來說
，有如：減小發射結和集電結的麵積（以減小勢壘電容）和減小基極反向偏壓的大小（以使得發射結能夠盡快能進入正偏而開啟晶體管）；而從晶體管使用來說
，可以增大輸入基極電流脈衝的幅度，以加快對結電容的充電速度（但如果該基極電流太大，則將使晶體管在導通後的飽和深度增加，這反而又會增長存儲時間，所以需要適當選取）。

 

② 上升時間tr

 

上升導通時間是基區少子電荷積累到一定程度、導致晶體管達到臨界飽和（即使集電結0偏）時所需要的時間。因此，減短上升時間的主要措施，從器件設計來說有如：增長基區的少子壽命（以使少子積累加快）

，減小基區寬度和減小結麵積（以減小臨界飽和時的基區少子電荷量），以及提高晶體管的特征頻率fT（以在基區盡快建立起一定的少子濃度梯度，使集電極電流達到飽和）
；而從晶體管使用來說
，可以增大基極輸入電流脈衝的幅度
，以加快向基區注入少子的速度（但基極電流也不能過大，否則將使存儲時間延長）。

 

③ 存儲時間ts

 

存儲時間就是晶體管從過飽和狀態（集電結正偏的狀態）退出到臨界飽和狀態（集電結0偏的狀態）所需要的時間，也就是基區和集電區中的過量存儲電荷消失的時間；。而這些過量少子存儲電荷的消失主要是依靠複合作用來完成，所以從器件設計來說，減短存儲時間的主要措施有如：在集電區摻Au等來減短集電區的少子壽命（以減少集電區的過量存儲電荷和加速過量存儲電荷的消失；但是基區少子壽命不能減得太短，否則會影響到電流放大係數），盡可能減小外延層厚度（以減少集電區的過量存儲電荷）。而從晶體管使用來說
，減短存儲時間的主要措施有如：基極輸入電流脈衝的幅度不要過大（以避免晶體管飽和太深，使得過量存儲電荷減少），增大基極抽取電流（以加快過量存儲電荷的消失速度）。

 

④ 下降時間tf

 

下xia降jiang時shi間jian的de過guo程cheng與yu上shang升sheng時shi間jian的de過guo程cheng恰qia巧qiao相xiang反fan
，即ji是shi讓rang臨lin界jie飽bao和he時shi基ji區qu中zhong的de存cun儲chu電dian荷he逐zhu漸jian消xiao失shi的de一yi種zhong過guo程cheng。因yin此ci，為wei了le減jian短duan下xia降jiang時shi間jian
，就jiu應ying該gai減jian少shao存cun儲chu電dian荷he（減小結麵積、減小基區寬度）和加大基極抽取電流。

 

總之，為了減短晶體管的開關時間、提高開關速度，除了在器件設計上加以考慮之外，在晶體管使用上也可以作如下的考慮：a）增大基極驅動電流，可以減短延遲時間和上升時間
，但使存儲時間有所增加；b）增大基極抽取電流
，可以減短存儲時間和下降時間。

 

 

（2）晶體管的增速電容器

 

在BJTcaiyongdianyaqudongshi，suiranjianxiaojijiwaijiedianzuhezengdajijifanxiangdianya
，keyizengdachouqudianliu，zheduiyusuoduancunchushijianhexiajiangshijiandouyouyidingdehaochu。danshi
，ruojijiwaijiedianzutaixiao
，zehuizengdashurudianliumaichongdefudu
，jiangshiqijiandebaohechengdujiashenerfanerdaozhicunchushijianyanchang；ruojijifanxiangdianyataida，youhuishifashejiefanpianyanzhongerzengjiayanchishijian，suoyixuyaoquanmiandijinxingzhezhongkaolv。keyixiangjian
，weiletongguozengdajijiqudongdianliulaijianduanyanchishijianheshangshengshijiandetongshi、又不要增長存儲時間和產生其它的副作用，理想的基極輸入電流波形應該是如圖2所示階梯波的形式，這樣的階梯波輸入即可克服上述矛盾
，能夠達到提高開關速度的目的。

 

實際上
，為了實現理想的基極電流波形，可以方便地采用如圖3所示的基極輸入回路（微分電路）
，圖中與基極電阻RB並聯的CB就jiu稱cheng為wei增zeng速su電dian容rong器qi。在zai基ji極ji輸shu入ru回hui路lu中zhong增zeng加jia一yi個ge增zeng速su電dian容rong器qi之zhi後hou，雖sui然ran輸shu入ru的de電dian流liu波bo形xing仍reng然ran是shi方fang波bo，但dan是shi通tong過guo增zeng速su電dian容rong器qi的de作zuo用yong之zhi後hou


，所suo得de到dao的de實shi際ji基ji極ji輸shu入ru電dian流liu波bo形xing就jiu變bian得de很hen接jie近jin於yu理li想xiang的de基ji極ji電dian流liu波bo形xing了le，於yu是shi就jiu可ke以yi減jian短duan開kai關guan時shi間jian、提高開關速度。

 

 

 

推薦閱讀：